Генерация поверхностных акустических волн сегнетоэлектрической пленкой BST при действии одноосной нагрузки
Автор: Широков В.Б., Тимошенко П.Е., Калинчук В.В.
Статья в выпуске: 1, 2023 года.
Бесплатный доступ
Электромеханические свойства сегнетоэлектрической пленки титаната бария стронция (BST) на подложке кремния зависят от приложенной деформации. Особенно сильная зависимость наблюдается для концентраций, близких к значениям, при которых происходит смена фазовых состояний сегнетоэлектрической пленки. В рамках термодинамической теории фазовых переходов исследована модель монокристаллической пленки BST вблизи такой области под действием одноосной растягивающей нагрузки. Полученные в модели материальные постоянные пленки использованы для численных расчетов возбуждения рэлеевских акустических волн на поверхности гетероструктуры пленка-подложка. Показано, что при изменении деформации происходит смещение экстремумов S -параметров, характеризующих эффективность возбуждения поверхностных волн. Приведено изменение S -параметров для первых трех резонансов, определяемых геометрией встречно-штыревых электродов. Наибольшее смещение резонансных частот наблюдается для второго резонанса - волны Сезава.
Сегнетоэлектрики, титанат бария станция, феменологическая теория, метод конечных элементов, поверхностные акустические волны
Короткий адрес: https://sciup.org/146282649
IDR: 146282649 | УДК: 539.3 | DOI: 10.15593/perm.mech/2023.1.16
Generation of saw in BST ferroelectric film under uniaxial strain
The electro-mechanical properties of a ferroelectric film of barium strontium titanate (BST) film located on a silicon substrate depend on applied external strain. A significant dependence is observed for concentrations close to values, where a phase transition for the ferroelectric film occurs. A model of single-crystal BST film near the phase transition under uniaxial strain is studied by the thermodynamic theory of phase transitions. The material properties of the film obtained by the model are used for numerical study of the excitation of Rayleigh’ acoustic waves on the surface of the film-substrate heterostructure. Shifting the extrema of S-parameters, characterizing the efficiency of excitation of surface acoustic waves, is shown under the applied strain. The change of S-parameters for the first three resonances determined principally by the geometry of the interdigital electrodes is presented. The largest shift of resonant frequency is observed in a case of the second resonance that corresponds to Sezava wave.
Список литературы Генерация поверхностных акустических волн сегнетоэлектрической пленкой BST при действии одноосной нагрузки
- Ferroelectric materials for microwave tunable applications / A.K. Tagantsev, V.O. Sherman, K.F. Astafiev, J. Venkatesh, N. Setter // Journal of Electroceramics. - 2003. - Vol. 11. -P. 5-66. DOI: 10.1023/B:JECR.0000015661.81386.e6
- Gevorgian S. Ferroelectrics in microwave devices, circuits and systems. Physics, Modelling, fabrication and measurements. -London: Springer-Verlag, 2009. - 396 p. DOI: 10.1007/978-184882-507-9
- Dawber M., Rabe K.M., Scott J.F. Physics of thin-film ferroelectric oxides // Rev. Mod. Phys. - 2005. - Vol. 77. - P. 10831130. DOI: 10.1103/RevModPhys.77.1083
- Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications / N. Setter, D. Damjanovic, L. Eng, G. Fox [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2006. - Vol. 100. - P. 051606(47). DOI: 10.1063/1.2336999
- Martin L.W., Chu Y.-H., Ramesh R. Advances in the growth and characterization of magnetic, ferroelectric, and multiferroic oxide thin films // Materials Science and Engineering R. - 2010. - Vol. 68. -P. 89-133. DOI: 10.1016/j.mser.2010.03.001
- Ahmed A., Goldthorpe I.A., Khandani A.K. Electrically tunable materials for microwave applications // Applied Physics Reviews. - 2015. - Vol. 2. - P. 011302(17). DOI: 10.1063/1.4906255
- Strain tuning of ferroelectric thin films / D.G. Schlom, L.-Q. Chen, C.-B. Eom, K.M. Rabe [et al.] // Annu. Rev. Mater. Res. - 2007. - Vol. 37. - P. 589-626. DOI: 10.1146/annurev.matsci.37.061206.113016
- Cao J., Wu J. Strain effects in low-dimensional transition metal oxides // Materials Science and Engineering R. - 2011. -Vol. 71. - P. 35-52. DOI: 10.1016/j.mser.2010.08.001
- Elastic strain engineering of ferroic oxides / D.G. Schlom, L.-Q. Chen, C.J. Fennie, V. Gopalan [et al.] // MRS Bulletin. -2014. - Vol. 39. - P. 118-130. DOI: 10.1557/mrs.2014.1
- New modalities of strain-control of ferroelectric thin films / A.R. Damodaran, J.C. Agar, S. Pandya, Z. Chen [et al.] // J. Phys.: Condens. Matter. - 2016. - Vol. 28. - P. 263001(36). DOI: 10.1088/0953-8984/28/26/263001
- Concentration phase diagram of BaxSr1-xTiO3 solid solutions / V.B. Shirokov, V.I. Torgashev, A.A. Bakirov, V.V. Lemanov // Phys. Rev. B. - 2006. - Vol. 73. - P. 104116(7). DOI: 10.1103/PhysRevB.73.104116
- Phenomenological theory of phase transitions in epitaxial BaxSr1-xTiO3 thin films / V.B. Shirokov, Yu.I. Yuzyuk, B. Dkhil, V.V. Lemanov // Phys. Rev. B. - 2009. - Vol. 79. -P. 144118(9). DOI: 10.1103/PhysRevB.79.144118
- Anomalies of piezoelectric coefficients in barium titan-ate thin films / Shirokov V., V. Kalinchuk, R. Shakhovoy, Yu. Yuzyuk // EPL. - 2014. - Vol. 108. - P. 47008(5). DOI: 10.1209/0295-5075/108/47008.
- Материальные константы твердых растворов (Ba,Sr)TiO3 / В.Б. Широков, Ю.И. Юзюк, В.В. Калинчук, В.В. Леманов // ФТТ. - 2013. - Т. 55, № 4. - С. 709-714. -URL: https://journals.ioffe.ru/articles/998
- К проблеме определения упругих постоянных тонких сегнетоэлектрических пленок / В.Б. Широков, В.В. Калинчук, Р.А. Шаховой, Ю.И. Юзюк // Доклады академии наук, физика. - 2015. - Т. 463, № 6. - С. 655-660.
- Материальные константы тонких пленок титаната бария / В.Б. Широков, В.В. Калинчук, Р.А. Шаховой, Ю.И. Юзюк // ФТТ. - 2015. - Т. 57, № 8. - С. 1509-1514. -URL: https: //journals.ioffe.ru/articles/42109
- Широков В.Б., Тимошенко П.Е., Калинчук В.В. Управление свойствами сегнетоэлектрической пленки BaxSr1_xTiO3 // Прикладная механика и техническая физика. -2021. - № 5. - С. 80-88. DOI: 10.15372/PMTF20210508
